吳傳余

(安徽省水文局 淠史杭蒸發(fā)實驗站，安徽 六安 237011)

1 概 述

隨著我國各地區(qū)經濟的快速發(fā)展，政府已逐漸認識到環(huán)境的重要性，并制定出許多措施以維持和保護現有的生態(tài)環(huán)境。水資源承載力指的是區(qū)域為了保持其一定的經濟社會和科術發(fā)展水平，以資源可持續(xù)利用和保護環(huán)境為前提，能夠支撐社會經濟可持續(xù)發(fā)展的區(qū)域水資源系統的合理規(guī)模[1]。水資源承載能力作為評價某個區(qū)域水資源供需能力的重要指標，已逐漸成為國內研究的熱點[2]。水資源承載力包括自然資源、社會資源和經濟資源等重要指標[3]，但由于其指標眾多，找到合適的方法來綜合評價各區(qū)域水資源承載力已成為各部門急需解決的問題。同時，研究區(qū)域水資源承載力綜合評價模型對當地水資源評估及水資源保護措施的制定有著重要的意義[4]。

目前，許多方法已逐漸被應用于水資源承載力的綜合評價中。李高偉等[5]基于主成分分析法綜合評價了鄭州市的水資源承載力，通過SPSS軟件計算每個指標的相關系數，從而計算每個指標對水資源承載力的貢獻率，通過得到的主成分分析式，計算當地水資源承載力的綜合得分，指出鄭州市水資源承載力呈逐年提高趨勢。王弛[6]利用層次分析法綜合評價了渾河流域水資源承載力，通過區(qū)分不同指標的重要性，計算不同指標的權重，為當地水資源承載力綜合評價提供了理論依據。王楠等通過模糊綜合評價法評價了吉林省松原市的農業(yè)水資源承載力，基于8個評價指標，對不同指標進行綜合評分，指出當地水資源開發(fā)潛力較小。

截止到目前，用于水資源承載力的綜合評價方法多基于主觀權重，忽略了不同指標之間的客觀聯系。突變級數法是一種基于突變理論的多指標集成技術，該法不需要對評價指標賦以權重，但它從各評價指標實際重要性出發(fā)，以定性與定量相結合的研究方法，最大程度消除主觀因素對評價模型客觀性與科學性的影響，是一種客觀、準確、計算簡便值得推廣的評價方法[7]。本文通過突變級數法，對安徽省六安市近10年水資源承載力進行綜合評價，以期得到合理的水資源承載力綜合評價模型，為當地水資源開發(fā)利用提供科學指導。

2 研究區(qū)域概況及研究方法

2.1 研究區(qū)域概況

安徽省六安市(N30°16′～N32°05′，E116°05′～E116°30′)位于安徽省西部，大別山北麓，南與舒城、霍山接壤，北與壽縣毗鄰。境內地勢由南向北逐漸降低，形成以丘崗為主，山、崗、灣、畈兼有的農業(yè)大區(qū)。全區(qū)耕地資源總量49 663 hm2，常用耕地48 210 hm2，總人口達到573萬人，年平均氣溫15.6℃，年平均降雨量900～1 600 mm，年平均風速2.8 m/s，農業(yè)總產值198.8億元，是全國重要的糧食生產基地[7]。因此，研究當地水資源承載力的綜合評價模型，對節(jié)約灌溉水源有著重要的意義。

2.2 研究方法

突變級數法是基于突變理論，通過不同指標的勢函數，反映系統的動態(tài)變化情況[8]。突變理論區(qū)分了不同指標的臨界點，并根據勢函數把臨界點分類，進而研究各種臨界點附近非連續(xù)性的特征，通過理論與實際資料相結合，就可建立數學模型[9]。

突變級數法首先建立評價指標體系，對評價目標進行多層次矛盾分解，再用突變理論建立突變隸屬函數，由歸一公式進行綜合量化計算，求出總隸屬函數，從而得出綜合評價結果。

為綜合確定指標的評價體系，突變系統共分為4種類型，分別為折疊模型、尖點模型、燕尾模型和蝴蝶模型[10]，每種模型的控制變量形式與歸一化公式見表1。

表1 突變級數法不同突變類型相關公式

突變級數法的具體步驟為：①根據當地實際情況，選擇合適的指標，建立區(qū)域水資源承載力綜合評價指標體系。②根據已有研究基礎，制定合理的分級標準，將區(qū)域水資源承載力分為不同類別，更好地反映出當地實際水資源承載力狀況，對不同指標進行歸一化處理，計算不同指標的相對隸屬度。③將不同評價指標體系進行分類，選擇合適的歸一化公式，求取評價體系的綜合評價指數。④將各評價對象的綜合評價值與等級標準綜合評價值進行比較，判定評價對象隸屬的評價等級。

3 結果與分析

3.1 水資源承載力評價指標體系構建

進行區(qū)域水資源承載能力評價，首先要建立起一套能反映區(qū)域水資源承載能力的指標體系。構建區(qū)域水資源承載能力評價指標體系時，必須選取相互聯系且相互獨立的指標，同時必須能夠較好地反映水資源承載力的特性。其選擇原則包括區(qū)域性原則、科學性原則、實用性原則和規(guī)范性原則。本文結合以往研究和六安市的實際情況，選擇12項指標體系，指標包含當地水資源自然狀況、社會經濟狀況和社會生活狀況，具體指標體系見圖1。其中，C代表水資源承載力，根據指標重要性，分為水資源自然狀況C1、當地社會經濟狀況C2、社會生活狀況C3。每個指標下分成了4項子指標，分別為地表水資料總量C11、水資源可利用量C12、水資源剩余開采量C13、人均水資源利用量C14、國內生產總值C21、工業(yè)用水量C22、農業(yè)用水量C23、生態(tài)用水量C24、城市總人口數C31、人口密度C32、垃圾無害化處理量C33、城市森林覆蓋率C34。

圖1 區(qū)域水資源承載力評價指標體系

根據圖1中的3種不同類型指標，對六安市水資源承載力進行綜合評價。由于不同指標量綱不同，需在計算前對不同指標進行無量綱化處理，采用下列公式計算。對最終水資源承載力進行綜合打分，最終求得不同年份六安市近10年的水資源承載力狀況及變化趨勢。

式中：bij為每個指標所對應的的相對隸屬度；a、b為改進公式系數，根據實際情況和模型確定，此處取a=0.99，b=0.01。

3.2 水資源承載力分析

根據六安市近10年現場調查的基本數據，得出近10年12項基本指標的相對隸屬度，見表2。

表2 不同指標相對隸屬度

參考以往研究及安徽省當地實際情況，制定出六安市水環(huán)境承載力評價指標分級標準，并通過突變級數理論的歸一化公式逐級向上計算，得出不同水資源承載力分布的等級標準值，見表3。

表3 不同水資源承載力分布等級標準值

根據表2中計算得出的六安市近10年基本數據的相對隸屬度與前文簡介的突變級數法，得出六安市近10年水資源承載力的綜合評價指數，結果見表4。由表4可以看出，六安市水資源承載力普遍偏低，只有進入2015年后，水資源承載力才到達低承載標準，結果符合當地實際情況。

由圖2可知，六安市近10年水資源承載力基本呈先上升后平穩(wěn)的趨勢。水資源承載力在2007～2009年時最低，在0.88以下。隨著政府的重視與相應措施的頒布，2009年后水資源承載力出現顯著提高。水資源承載力在2015年后達到最高，然后逐漸趨于平穩(wěn)，說明當地土地資源的利用和經濟資源的發(fā)展逐漸達到一個平衡，但仍處于較低的標準，表明六安市生產節(jié)水、廢水重復再生利用等環(huán)節(jié)的技術水平及其他環(huán)境治理措施雖逐年有所提高，但仍需改進，依然需要突破更多的技術革新，提高水資源利用率。

表4 六安市近10年水資源承載力綜合評價指數

圖2 六安市近10年水資源承載力綜合評價指數年際變化趨勢

4 結 論

本文基于安徽省六安市近10年的實際調查數據，利用突變級數法中的突變理論對六安市近10年的水資源承載力進行綜合評價，建立水資源承載力評價綜合模型。該模型計算簡單、思路明確，可以彌補靜態(tài)模型中的不足，同時消除主觀評價方法的主觀因素，相較于其他方法，在保證計算結果精確性的前提下，大大降低了工作量。經過模型計算后發(fā)現，六安市近10年水資源承載力呈先提高后平穩(wěn)趨勢，但水資源承載力普遍較低，最高時僅在2015年達到弱承載標準，得出的結論與當地實際情況相符，證明該模型的科學性，表明該模型可用于水資源承載力的綜合評價工作中。但由于突變模型是由折疊模型、尖點模型、燕尾模型和蝴蝶模型4種模型構成，最多只能同時處理4個變量，對于變量較多的情況并不適用。在今后的工作中應用該模型時，應根據實際情況對目標進行歸類和分解，使得控制變量在該模型適用范圍之內。